面向中小学生的多功能台灯设计与实现

张进

摘 要：为保护中小学生的视力，设计了一种基于单片机控制的多功能台灯，包括单片机控制系统、电源模块、红外测距模块、显示模块、照明模块、报警模块、按键模块、光敏电阻感应模块。在Proteus中进行了软、硬件交互仿真，通过仿真，该系统达到了预期设计目标，成功设计了一种面向中小学生的多功能台灯。

关键词： 中小学生；单片机；多功能；台灯

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.14.144

1 引言

台灯已经是千家万户的生活必需品，尤其是在学生学习时不可或缺的学习工具[1-2]。一盏好的台灯不仅能起到照明最基本的功能，而且还要能实现能源利用率高、节能环保以及起到保护眼睛的作用。近些年来随着近视人群的低龄化[3]，从小预防孩子近视成了家长们的首要责任[4]。而造成近视的主要因素有：书写姿势不正确、长时间疲劳用眼、环境光照度不够，潜在引发近视的危险。本文面向中小学生设计了一种多功能台灯，可以有效的保护眼睛，预防近视。系统上的光敏电阻可以根据环境光照强度自动调节台灯亮度；系统上的红外测距传感器，可以判别用户与台灯的距离，当低于设定值时就会发出报警提醒用户调整坐姿；可以自行设定休息时间，每当时间一到轰鸣器就会发出报警提醒用户休息。

2 总体设计

本设计包括单片机控制系统、电源模块、红外测距模块、显示模块、照明模块、报警模块、按键模块、光敏电阻感应模块。单片机采用AT89C51作为主控芯片，红外测距模块有红外传感器和外围电路构成，显示模块选用数码管，照明模块采用节能的LED灯，报警模块主要由蜂鸣器组成、按键模块有三个按键组成、光敏电阻感应模块有光敏电阻、模数转换芯片、外围电路构成。

3 系统硬件电路设计

系统硬件电路如图2所示。电源采用外部电源接入DC接口（P1）经过自锁开关（S1）给整个系统供电。报警模块电路采用的是NPN型三极管来驱动。当三极管基极为高电平时，三极管导通，电流经轰鸣器、三极管回到地，轰鸣器报警。LED照明模块电路采用的是一个NPN型三极管来驱动的。当NPN型三极管基极为高电平时，NPN型三极管导通，电流经过NPN型三极管、发光二极管回到地，LED点亮。红外测距传感器模块电路中当光电探测器检测到用户与台灯距离低于设定值时，就会输出一个低电平，此时就会启动报警程序发出报警。按键模块电路中K3为定时设置按键，用来设定时间，K2为时间加按键，K4为时间减按键。光敏电阻感应模块电路中模数转换模块采用的是ADC0809芯片。三个地址输入端接地，因此选择了通道IN0进行模数转换。电流经固定电阻R6和光敏电阻回到地，这是一个经固定电阻R6和光敏电阻的分压电路，实际是对光敏电阻分压进行模数转换。当光照很强时，光敏电阻阻值很低，分压少；在黑暗条件下，光敏电阻阻值很高，分压多，即对这段电压值进行模数转换。数码管显示模块电路中数码管显示模块电路采用四个PNP型三极管来驱动，利用了三极管的开关特性。四位数码管采用的是动态扫描的方式实现显示的。四个数码管采用一体结构，相同段口是并联在一起的，即四个数码管的a、b、c、d、e、f、g、dp相同段口分别连在一起。首先选中第一位，然后给选中的位送段码，显示一段时间后关闭，接着下一位依次同样进行，由于人眼的“视觉暂留”效应，最后我们看到的是四位数码管同时点亮。

4 软件程序设计

函数程序设计是智能台灯系统设计的核心[5-6]。当打开电源开关时，系统初始化。首先完成系统初始化，其次进入while循环，通过中断调用各个子函数，单片机去根据子函数控制台灯亮灭、数码管显示、轰鸣器报警。其中计时程序设计目的是为了设定特定时间一段时间过后提醒休息一下。该程序设计的于时间是递减的。首先设定一个时间，然后秒开始递减，当秒减为零时分减一秒复位到59秒，最后直到分秒都减为零时轰鸣器发出报警。显示函数程序设计目的为了控制数码管的显示。

5 系统仿真

如图3所示，设置定时、模拟有光照，此时外接光照充足，照明灯D1不亮，定时学习时间为30分钟，蜂鸣器不响。

如图4所示，定时计时完成、模拟无光，此时外接光照不足，照明灯D1点亮，定时时间减为0时，轰鸣器发出报警提醒用户休息一会儿，缓解眼疲劳，预防近视。

6 总结

本文设计了一种面向中小学生的多功能台灯，详细的论述了系统工作原理和各个模块的电路设计、程序设计。在Proteus软件中进行了仿真，仿真达到了预期的效果，说明本设计可以有效的保护眼睛，预防近视。

参考文献：

[1]周功明，周陈琛.基于单片机AT89S51的智能台灯设计[J].绵阳师范学院学报，2010（08）：14-19.

[2]胡恩伟，周建林.基于LPC1114的智能节能LED台灯控制器设计[J].电子产品世界，2013（02）：58-61.

[3]李從宏，严影.一种新的智能LED台灯设计[J].信息技术，2013（03）：133-135.

[4]田军委，肖清林，张波，马林，肖晨光.智能护眼台灯设计[J]. 电子设计工程，2015（17）：161-163.

[5]黄孝康，汤莉莉，郑金亮，姚杰，黄孝升.红外智能LED台灯的研究与设计[J].科技创新导报，2014（33）：5-6.

[6]王慧娟，袁全波，房好帅.基于ARM的移动机器人红外测距系统的设计[J].北华航天工业学院学报，2010（02）：18-20.